一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，包括集成在单个芯片上的数字控制模块、电平转换模块、电源调制模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；所述数字控制模块用于输出并行的五个通道的波位控制信号，并经所述电平转换模块进行电平转换后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的幅度、相位和收发；所述电源调制模块用于输出五路漏极电压脉冲调制信号；负栅压数模转换器用于生成五路栅极电压偏置信号。本发明专利技术还提供了TR组件和有源相控阵天线系统。本发明专利技术通过将五个通道的电源与控制集成在单颗芯片中，大幅度提升TR组件电源与控制电路的集成度。

A multi-channel and highly integrated surface mount TR module control chip

【技术实现步骤摘要】
一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片
本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片、TR组件和有源相控阵天线系统。
技术介绍
随着5G毫米波、雷达等产业的快速发展，有源相控阵天线作为必不可少的组成部分被大量使用，其中TR组件是实现对单个通道进行波束收发切换、移相衰减功能的关键部件。一部二维有源相控阵天线通常包含数百到数万只不等的TR组件，占整部雷达成本的绝大部分。因此TR组件内部芯片的小型化、高集成化是降低组件体积重量成本并提升可靠性的核心办法。TR组件内部包含射频电路、电源和控制电路两部分，两者电路规模相当。射频电路实现射频信号放大、移相、开关等功能，对TR组件性能指标起主导作用；电源和控制电路为射频电路的正常工作提供电压偏置和指令控制，为TR组件的正常同步工作提供保障。TR组件中电源和控制电路一般包含数颗电源调制芯片、基准源芯片和波控芯片，用以实现对射频电路的能源供应、收发切换、幅相控制和加断电顺序保护。一个典型的TR组件电源和控制电路包含2路脉冲调制驱动器和2颗功率MOSFET芯片用以实现组件内收发支路的电源调制，1颗负栅压基准用以提供放大器栅极偏置，1颗运算放大器芯片实现上电顺序保护，确保负压未加电前无法输出正压，防止射频放大器误加电烧毁，每路1颗波形控制芯片实现移相衰减控制字的锁存和多个射频开关的收发切换控制。高频率相控阵产业的发展和射频频率的提升，对超小型、多通道、瓦片式甚至三维异构集成的TR组件形式提出了更高通道密度、更小尺寸重量的要求，而传统的电源和控制电路包含有数十颗芯片和外围应用电路的设计方案已不能满足系统需求，迫切需要更高集成度甚至多通道集成的电源和控制一体化芯片。因此，针对以上不足，亟待提供一种多通道电源与控制一体化的芯片架构，使TR组件大幅度小型化、轻量化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有TR组件控制芯片的集成度不高的缺陷，提供一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片、TR组件和有源相控阵天线系统，通过集成多个通道的电源与控制，使TR组件大幅度小型化、轻量化。本专利技术第一方面，提供了一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，包括集成在单个芯片上的数字控制模块、电平转换模块、电源调制模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；所述数字控制模块用于输出并行的五个通道的波位控制信号，并经所述电平转换模块进行电平转换后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的幅度、相位和收发；所述电源调制模块用于输出五路漏极电压脉冲调制信号，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的漏极电源调制；所述负栅压数模转换器用于生成五路栅极电压偏置信号，并经所述负栅压模拟开关模块后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的负栅压偏置。在根据本专利技术所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片采用晶圆表面焊盘植球工艺制成。在根据本专利技术所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述电源调制模块包括功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元、公共支路驱放电源调制单元、低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元，分别用于调制出功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器所需的漏极电压脉冲调制信号。在根据本专利技术所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片还包括正电压监测模块和负电压保护模块；所述正电压监测模块用于监控正电源电压，并在上电时提供上电复位信号使所述数字控制模块复位，以防止TR组件启动时输出信号混乱；所述负电压保护模块用于监控负电源电压，并结合正电源电压的监控结果，在上电过程中控制所述电源调制模块延迟上电，并在正电源电压或负电源电压出现掉电斜坡时禁能电源调制。在根据本专利技术所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片具有控制输入引脚、控制输出引脚、电源供电引脚、漏极电源调制输出引脚、负栅压电压配置引脚和负栅压输出引脚；所述数字控制模块连接至所述控制输入引脚并通过串行SPI总线进行通信；所述电平转换模块连接至所述控制输出引脚以输出电平转换后的波位控制信号；所述正电压监测模块和负电压保护模块均连接至所述电源供电引脚以监测电源供电信号；所述电源调制模块连接至所述漏极电源调制输出引脚，以输出漏极电压脉冲调制信号；所述负栅压数模转换器连接至所述负栅压电压配置引脚以接收负栅压电压配置信号；所述负栅压模拟开关模块连接至所述负栅压输出引脚，以输出栅极电压偏置信号。在根据本专利技术所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述数字控制模块还用于通过保护计数器以串行SPI控制总线信号的时钟为时钟源进行计数，当检测收发切换信号切入发射状态，保护计数器清零重新开始计数；当保护计数器数值超过发射脉宽计数预设值且收发切换信号仍未进入接收状态，则将发送保护控制信号给功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元，控制该功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元停止工作，实现发射脉宽保护；当收发切换信号由接收状态再次切入发射状态时，而保护计数器数值仍未达到占空比计数预置数值，则将发送保护控制信号给功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元，控制该功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元停止工作，实现占空比保护。在根据本专利技术所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述控制输入引脚包括：第一收发切换信号引脚、第二收发切换信号引脚和总使能引脚；所述电源调制模块的低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元均连接至所述第一收发切换信号引脚和总使能引脚，根据第一收发切换信号和使能信号的状态确定是否输出对应的漏极电压脉冲调制信号；所述数字控制模块连接至所述第二收发切换信号引脚，根据第二收发切换信号进行发射脉宽和发射占空比保护检测，通过保护控制信号引脚输出保护控制信号；所述电源调制模块的功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元均连接至所述保护控制信号引脚，并根据所述保护控制信号的状态确定是否输出对应的漏极电压脉冲调制信号。在根据本专利技术所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片的电源供电信号具有三个供电电压域，其中正电源电压兼容+3.3V至+5V，提供给所述数字控制模块、正电压监测模块和负电压保护模块，以及电源调制模块的发射驱放电源调制单元、公共支路驱放电源调制单元、低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元；负电源电压兼容-3.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，包括集成在单个芯片上的数字控制模块、电平转换模块、电源调制模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；/n所述数字控制模块用于输出并行的五个通道的波位控制信号，并经所述电平转换模块进行电平转换后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的幅度、相位和收发；/n所述电源调制模块用于输出五路漏极电压脉冲调制信号，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的漏极电源调制；/n所述负栅压数模转换器用于生成五路栅极电压偏置信号，并经所述负栅压模拟开关模块后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的负栅压偏置。/n

【技术特征摘要】
1.一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，包括集成在单个芯片上的数字控制模块、电平转换模块、电源调制模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；
所述数字控制模块用于输出并行的五个通道的波位控制信号，并经所述电平转换模块进行电平转换后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的幅度、相位和收发；
所述电源调制模块用于输出五路漏极电压脉冲调制信号，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的漏极电源调制；
所述负栅压数模转换器用于生成五路栅极电压偏置信号，并经所述负栅压模拟开关模块后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的负栅压偏置。


2.根据权利要求1所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片采用晶圆表面焊盘植球工艺制成。


3.根据权利要求1所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述电源调制模块包括功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元、公共支路驱放电源调制单元、低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元，分别用于调制出功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器所需的漏极电压脉冲调制信号。


4.根据权利要求1~3中任一项所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片还包括正电压监测模块和负电压保护模块；
所述正电压监测模块用于监控正电源电压，并在上电时提供上电复位信号使所述数字控制模块复位，以防止TR组件启动时输出信号混乱；
所述负电压保护模块用于监控负电源电压，并结合正电源电压的监控结果，在上电过程中控制所述电源调制模块延迟上电，并在正电源电压或负电源电压出现掉电斜坡时禁能电源调制。


5.根据权利要求4所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片具有控制输入引脚、控制输出引脚、电源供电引脚、漏极电源调制输出引脚、负栅压电压配置引脚和负栅压输出引脚；
所述数字控制模块连接至所述控制输入引脚并通过串行SPI总线进行通信；所述电平转换模块连接至所述控制输出引脚以输出电平转换后的波位控制信号；
所述正电压监测模块和负电压保护模块均连接至所述电源供电引脚以监测电源供电信号；所述电源调制模块连接至所述漏极电源调制输出引脚，以输出漏极电压脉冲调制信号；
所述负栅压数模转换器连接至所述负栅压电压配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：但理，庄华宝，吴剑辉，谢炳武，
申请(专利权)人：浙江航芯源集成电路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33